[发明专利]一种离子交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子交换方法，具体地，本发明涉及一种采用离子交换柱对固体物质中的可交换基团进行离子交换的方法。

背景技术

分子筛在石油化工领域应用极为广泛，目前工业合成分子筛的方法均是在碱性溶液中合成，因此合成出来的分子筛均为钠型。炼油工业中最大宗的催化剂是催化裂化催化剂，它大多采用Y型分子筛作为活性组元，Y型分子筛人工合成时呈稳定的NaY形态，钠离子在沸石分子筛中完全中和了负电荷中心，导致钠型分子筛没有酸性中心。因此，钠型分子筛在正碳离子型反应中几乎没有活性，若用作催化裂化催化剂，必须对其进行改性处理，即脱除NaY分子筛中的钠离子。此外，应用较多的还有MFI结构的分子筛，如ZSM-5和Beta分子筛，这些分子筛也需要在使用前将钠离子交换成氢离子才能作为催化剂使用。

现有的分子筛脱钠方法通常是先用铵盐溶液将分子筛中的钠离子交换为NH₄⁺，再经过高温焙烧，将NH₄⁺转换为H⁺，当然这个过程不能一次完成，为了得到Na⁺含量低的分子筛，铵交换过程需要重复进行多次。现有的这种交换方法会产生大量的工业废水，并且在催化剂厂所有酸性含铵废水中，氨氮浓度最高的是分子筛铵交换过程产生的交换液和初次洗涤水，其氨氮含量为其它含铵废水（如二次洗涤水、三次洗涤水）的几倍以上。这些废水需要经过处理后才能排放，否则会对环境造成污染。因此，寻求新的分子筛钠离子交换方法，以减少分子筛生产过程中产生的废水量，对于催化剂厂节能减排具有重要意义。

JP63159218A公开了一种使用离子交换树脂降低NaY分子筛中钠离子含量的方法，其处理过程为将离子交换树脂与分子筛充分接触，在40-80℃温度下，交换一定时间，经两次交换过程后得到碱金属含量小于1wt%的氢型分子筛。但是，该方法中分子筛与离子交换树脂进行接触的方式为将分子筛与离子交换树脂混合，导致失效的树脂不能再与分子筛中的钠离子进行离子交换，因此脱钠效果和离子交换树脂的使用寿命还有待于进行一步提高。

CN101570334A公开了一种离子交换树脂改性NaY分子筛的方法，该方法将分子筛浆液及树脂分别置于用筛网隔开的两个反应室中，使NaY分子筛与离子交换树脂不产生直接接触，而H⁺和Na⁺可以通过筛网，在浓度差的推动下实现交换。该方法中，由于分子筛与离子交换树脂不直接接触，离子交换是由浓度差来驱动的，因此脱钠效果还有待于进一步提高。

CN101823727A公开的方法是首先对分子筛进行一次交换，出料，于500-650℃焙烧1-2h，然后自然冷却，焙烧产品进行二次交换后，继续于500-650℃焙烧1-2h，得到产品，其中一次交换和二次交换都采用阳离子树脂进行交换，其中，阳离子树脂交换步骤为：（1）首先将NaY分子筛在打浆容器中打浆，使得部分Na⁺游离于水中，经过陶瓷膜分离后，分成两部分：含有Na⁺的清水及浓稠的NaY浆液，其中含有Na⁺的清水进入树脂柱，实现Na⁺→H⁺交换，此时的树脂出水含有大量H⁺，进入打浆容器；（2）浓稠的NaY浆液重新进入打浆容器，与树脂出水在打浆容器中进行H⁺→Na⁺交换，如此往复，Na⁺被吸附在树脂上，而H⁺代替Na⁺在NaY上的位置，实现降钠改性的目的，直至NaY分子筛中Na₂O含量不大于1%，结晶度不小于80%时出料；（3）当树脂柱失效时，与另外一个备用树脂柱进行切换，树脂柱再生后备用，当产出的分子筛中Na₂O含量满足（2）中要求出料时，同时由进料口进料，继续改性的过程；（4）交换过程中，树脂的加入量为NaY等交换树脂量的2-4倍，树脂柱出水pH值控制在3-6之间，交换温度为20-70℃，交换时间为10-60分钟。该方法虽然能将分子筛中碱金属含量降到小于1wt%，但是该方法的操作较为繁琐。